Tipos de válvulas de aguja

Existen tres diseños generales de válvula de aguja: recta, en ángulo y multipuerto. Además, las válvulas de aguja pueden funcionar de forma manual, eléctrica, neumática o hidráulica. Este artículo examina todos estos tipos de válvulas de aguja para ayudar a los usuarios a entender cómo funcionan y cómo elegir el mejor tipo de válvula de aguja para una aplicación. Lea nuestro completo artículo sobre válvulas de aguja para obtener más información sobre su funcionamiento, aplicaciones y proceso de selección.

Índice de contenidos

• Válvula de aguja recta frente a válvula de aguja en ángulo
• Válvula de aguja multipuerto
• Válvula de aguja automatizada
• Obturadores para válvulas de aguja
• Preguntas frecuentes

Válvula de aguja recta frente a válvula de aguja en ángulo

La denominación de válvulas de aguja rectas y angulares se refiere a la orientación de los orificios de entrada y salida entre sí. Una válvula de aguja recta tiene una entrada y una salida en línea recta (a 180° una de otra), lo que permite un flujo recto a través de la válvula. Una válvula de aguja angular tiene una entrada y una salida a 90° una de otra.

Debido a su diseño interno, el flujo a través de una válvula de aguja recta toma una trayectoria en zigzag, también conocida como trayectoria tortuosa. Esto significa que hay una mayor caída de presión a través de la válvula que en una válvula de aguja angular, en la que el flujo se mueve en un ángulo de 90°.

Similitudes

• Tamaño: Las válvulas de aguja son pequeñas. DN25 (33,4 mm) suele ser lo más grande que se puede conseguir para la mayoría de las aplicaciones.
• Diseño del tallo: Normalmente, las válvulas de aguja tienen un extremo de vástago cónico que encaja perfectamente en el asiento de la válvula. Además, muchas válvulas de aguja tienen un vástago ascendente.
• Tope del vástago: Ambos tipos de válvula pueden tener un tapón que impide que el vástago salga completamente del cuerpo de la válvula. Una válvula de aguja sin tapón no debe utilizarse con medios peligrosos.
• Operación Cuanto más se abra una válvula de aguja, menor será la caída de presión.
• Medios de comunicación: Se necesitan medios limpios. Los sólidos y los lodos pueden atascarse fácilmente en una válvula de aguja.
• Aplicaciones: Ambos tipos de válvulas de aguja pueden modular continuamente el caudal. Las aplicaciones más comunes son:
  • Control del caudal en dosificadores.
  • Control de la presión y el caudal del agua en sistemas de presas, embalses, distribución de agua y centrales eléctricas.
  • Control del caudal de aire que llega a los cilindros neumáticos para regular la velocidad del pistón.
  • Control del flujo de combustible en los sistemas automáticos de control de la combustión.

Diferencias

Caudal

Una válvula de aguja recta tiene lo que se conoce como una trayectoria de flujo tortuosa (figura 2), lo que significa que el flujo gira varias veces entre la entrada y la salida. El paso del caudal de una válvula de aguja angular no es tortuoso y da un giro de casi 90° de la entrada a la salida (figura 3).

Pérdida de carga y cavitación

Una válvula de aguja recta tiene una caída de presión significativamente mayor que una válvula de aguja en ángulo. Por lo tanto, las válvulas de aguja rectas son más susceptibles a la cavitación y al flashing que las válvulas de ángulo. Estos dos fenómenos se producen cuando se forma una zona de presión inferior a la presión de vapor del líquido y una parte de éste se transforma en gas. La diferencia entre ambos fenómenos es que la cavitación se invierte (el gas vuelve a convertirse en líquido al aumentar la presión), mientras que la intermitencia no lo hace (el gas sigue siendo gas).

Tanto si se trata de cavitación como de flashing, existe la posibilidad de que las burbujas de gas se rompan y provoquen ondas de choque que, si están cerca de componentes o paredes de válvulas, pueden causar graves daños con el tiempo.

Instalación

Como ya se ha comentado, las válvulas de aguja son pequeñas y no ocupan mucho espacio de instalación. La elección de uno u otro depende del sistema para el que se necesiten. Una válvula de ángulo tiene la funcionalidad adicional de funcionar como codo.

Válvula de aguja multipuerto

Las válvulas de aguja multipuerto tienen el orificio de entrada estándar y varios orificios de salida, normalmente dos orificios de salida pero ocasionalmente más dependiendo de la aplicación. Los puertos de salida adicionales permiten la instalación de diversos instrumentos, normalmente dispositivos de lectura de la presión.

Por ejemplo, un manómetro puede instalarse directamente en la válvula de aguja multipuerto. La principal ventaja de esta configuración es que el número de puntos de instalación en las tuberías es menor, lo que reduce la posibilidad de fugas o fallos en un punto de conexión.

Válvula de aguja automática

Las válvulas de aguja automatizadas pueden funcionar de forma hidráulica, eléctrica o neumática. Una de las ventajas de utilizar una válvula automatizada es que no se necesita la presencia de un operario. Sin embargo, será necesario un equipo adicional para cada tipo de válvula automatizada. Las válvulas accionadas eléctricamente requieren electricidad, las válvulas de aguja neumáticas requieren un sistema neumático y las válvulas hidráulicas requieren un sistema hidráulico y electricidad. Los sensores de temperatura y caudal suelen controlar los actuadores de las válvulas de aguja automatizadas. Dado que las válvulas de aguja son válvulas multivuelta, lo que significa que el vástago de la válvula debe girar más de 360° para abrir o cerrar completamente la válvula, es necesario tener en cuenta este factor para el tipo de actuador. Algunos actuadores sólo son adecuados para válvulas de cuarto de vuelta (válvulas que se abren o cierran girando el vástago sólo 90°).

Válvula de aguja electrónica

Un motor eléctrico o un solenoide pueden accionar electrónicamente una válvula de aguja. Una configuración de solenoide requiere una fuente de alimentación de CC y un controlador de modulación por ancho de pulsos (PWM). Un controlador PWM recibe una tensión continua específica y la enciende y apaga rápidamente, lo que introduce proporcionalmente la tensión en el solenoide. Así, el solenoide puede mover proporcionalmente el vástago de la válvula de aguja entre encendido/apagado en lugar de tener simplemente sólo encendido o sólo apagado.Dependiendo del motor, un motor eléctrico requiere voltaje de CC o CA para funcionar. Controla un engranaje que mueve el vástago de la válvula de aguja entre completamente abierta y completamente cerrada, permitiendo que el vástago se detenga en cualquier punto.

Válvula de aguja neumática

Una válvula de aguja de accionamiento neumático suele utilizar un actuador neumático giratorio para su funcionamiento. Los actuadores neumáticos pueden ser de cuarto de vuelta o multivuelta; una válvula de aguja requiere un actuador multivuelta. Un actuador neumático rotativo puede ser un pistón o una membrana montados directamente en una válvula de aguja manual. Estos actuadores están disponibles en configuraciones de aire a abierto (normalmente cerrado) y aire a cerrado (normalmente abierto). Para accionar estas válvulas se necesita aire limpio procedente de un sistema central de aire comprimido.

La selección del actuador neumático adecuado para una válvula de aguja manual depende del tamaño de la válvula, la presión del sistema y la presión de aire disponible. Los distintos fabricantes de válvulas tienen especificaciones diferentes para estos tres criterios. Es importante consultar la ficha técnica de la válvula antes de comprarla para determinar si es correcta para una aplicación.

Válvula de aguja hidráulica

Una válvula de aguja de accionamiento hidráulico funciona de forma similar a una válvula de aguja de accionamiento neumático. Sin embargo, en lugar de utilizar aire comprimido para mover un pistón o una membrana, el sistema utiliza fluido hidráulico (normalmente aceite). Al utilizar fluido hidráulico, que no es compresible y permite la multiplicación de la fuerza, los actuadores hidráulicos permiten transmitir más fuerza a la válvula de aguja.

Los actuadores hidráulicos suministran una gran cantidad de fuerza mediante la multiplicación de fuerzas y son estables gracias a la no compresibilidad del fluido. Un actuador hidráulico es ideal cuando se necesita una gran cantidad de fuerza para accionar la válvula, por ejemplo, cuando se utiliza en el sistema de vapor principal de una central nuclear.

Una configuración típica de pistón hidráulico consiste en un cilindro que contiene un muelle, un pistón conectado al vástago de la válvula y una línea de suministro y retorno para el fluido hidráulico. El pistón divide la cámara cilíndrica en dos partes, superior e inferior. El muelle se encuentra en la parte superior, y el fluido hidráulico entra y sale de la cámara inferior.

Sin fluido hidráulico en la cámara inferior, la válvula de aguja está completamente cerrada. El fluido hidráulico suministrado a la cámara actuará contra la fuerza del muelle, elevará el pistón y abrirá la válvula. El control de la cantidad de fluido añadido a la cámara inferior permite un control preciso de la apertura de la válvula de aguja entre completamente cerrada y completamente abierta.

Obturadores para válvulas de aguja

La punta de la válvula de aguja depende de si la válvula es de servicio general o de servicio severo.

Válvula de aguja de servicio general

Una válvula de aguja de servicio general tiene la empaquetadura en la parte superior del vástago, por lo que éste interactúa con el medio. Las tres puntas de potencia disponibles son reguladora, en V y de asiento blando.

• Regulación: Las puntas reguladoras tienen las mejores propiedades de regulación. Debido a sus roscas más finas, el vástago de la válvula necesita girar más para abrir o cerrar la válvula.
• Asiento blando: Los vástagos de asiento blando resisten los medios sucios que pueden dañar otros tipos de vástago.
• Vee: Los vástagos en V son los tipos de vástago más comunes de las válvulas de aguja. Tienen mejores propiedades reguladoras que los de asiento blando, pero peores que los de vástago regulador.

Válvula de aguja de servicio severo

Una válvula de aguja de servicio severo tiene empaquetadura por encima de las roscas y un bonete de unión para evitar el desmontaje accidental. El tipo de vástago primario utilizado con esta válvula es de tipo romo y de bola. La punta del tallo es roma y esférica en la parte inferior. Gira sobre el vástago a medida que éste desciende hacia el asiento. Así, el vástago no se muele en el asiento de la válvula y causar daños.